TUGAS PROSES MANUFAKTUR DAN PEMILIHAN MATERIAL

MARDIANSYAH PRATAMA (1406533094)

TRIANA YUSMAN (1406533081)

DEPOK, 19 APRIL 2016

TUGAS 5

Chapter 21

21.3. Explain the difference between positive and negative rake angles. What is the

importance of the rake angle?

Positif rake angle mempunyai sudut yang kecil (kurang dari 90) dan biasanya digunakan apabila

material yang dikerjakan mempunyai hardness yang tinggi, sedangkan negatif rake angle

sudutnya lebih dari 90 (lebih dari garis tegak lurus pemotongan) dan digunakan pada material

dengan hardness rendah.

Positif Rake Angle :

- Membuat tool lebih lurus dan tajam,

- Mengurangi gaya dan kekuatan untuk memotong

- Membantu membuat chip berbentuk continuous chip pada material ductile

- Dapat membantu untuk tidak membentuk built-up edge

Negative Rake Angle:

- Membuat pisau pemotong lebih tumpul

- Memerlukan gaya dan kekuatan yang lebih untuk memotong

- Dapat menyebabkan gesekan yang membuat temperature menjadi tinggi

- Dapat memproduksi permukaan yang bersih dan rapih

21.6. Why should we be interested in the magnitude of the thrust force in cutting?

Gaya dorong berpengaruh terhadap kedalaman material yang akan direduksi. Apabila gaya

dorong besar maka kedalaman material yang direduksi akan besar (chip yang dihasilkan akan

lebih tebal), begitu juga sebaliknya apabila gaya dorong kecil maka kedalaman yang tereduksi

juga kecil (chip yang dihasilkan akan lebih tipis)

21.10. Identify the forces involved in a cutting operation. Which of these forces contributes

to the power required?

Dalam Proses pemotongan gaya yang berkontribusi dalam proses tersebut adalah

Frictional Force (F): gaya yang tibul akibat gesekan material dengan mesin

Thurst Force (Ft) : gaya dorong pemotong pada mesin

Normal Force (Fn): gaya yang tegak lurus dengan arah pemotongan

sheer force (Fs): Gaya resultan yang seimbang dengan kekuatan yang sama dan

berlawanan bidang geser.

Resultan Force (R): Resultan gaya yang saling tegak lurus

21.13. Explain what is meant by the term machinability and what it involves. Why does

titanium have poor machinability?

Machinability adalah sifat yang dimiliki oleh material yang menunjukkan kemampuan untuk

dibentuk dengan proses permesinan. Proses permesinan merupakan proses untuk membentuk

suatu produk dengan cara melakukan pemotongan-pemotongan. Contoh proses permesinan

adalah pembubutan, bor, freis, dll.

Titanium memiliki machinability yang buruk karena titanium adalah logam yang sangat keras

(sekeras baja) sehingga susah dipotong, akan meleleh pada suhu tinggi sehingga tidak bisa

diproses dengan high speed dan akan rapuh pada suhu kamar.

21.18 Tool life can be almost infinite at low cutting speeds. Would you then recommend

that all machining be done at low speeds? Explain

Penggunaan tool dengan kecepatan rendah memang dapat memperpanjang tool life, namun akan

membutuhkan proses produksi yang lebih lama yang berakibat pada naiknya biaya produksi.

High speed dapat meningkatkan gaya potong sehingga proses pemotongan memakan waktu yang

lebih singkat, namun disisi lain penggunaan high speed juga harus disesuaikan dengan jenis

material yang dikerjakan. Penggunaan low dan high speed sebenarnya tergantung kebutuhan

karena penggunaan high speed dapat meningkatkan suhu pahat dan beberapa material akan

meleleh pada suhu tinggi. Dan ada juga material yang membutuhkan high speed seperti pada

proses pengerjaan material yang mempunyai hardness yang tinggi, dimana material tersebut akan

memakan waktu yang sangat lama bila dikerjakan menggunakan low speed. Jadi penggunaannya

disesuaikan dengan jenis material yang dikerjakan.

21.19 explain the consequences of allowing temperature to rise to high levels in cutting!

Temperatur yang terlalu tinggi dapat membuat benda kerja melunak bahkan bisa meleleh karena

setiap material mempunyai melting point yang berbeda. Oleh sebab itu penggunaan cooler harus

disesuaikan dengan material yang sedang dikerjakan, dan juga sebelum melakukan machining

harus diketahui dulu melting point benda kerja sehingga temperatur pengerjaan dapat dikontrol.

Untuk benda dengan melting point rendah sebaiknya dikerjakan dengan low speed karena high

speed dapat meningkatkan temperatur dengan sangat cepat.

21.24 To what factors do you attribute the difference in the specific energies in machining

the materials shown in Table 21.2? Why is there a range of energies for each group of

materials?

Energi spesifik adalah energi yang menghilang akibat proses:

pembentukan serpihan

plowing seperti yang dilihat pada gambar 26.11

gesekan yang timbul akibat sentuhan grain seluas permukaan area yang dilakukan proses

machining

Energi spesifik diperngaruhi oleh gaya, kecepatan, lebar permukaan, kedalaman potong serta

ukuran dari grain material. Adanya rentang energi spesifik disebabkan untuk menjaga kualitas

hasil yang baik. Hal tersebut didapatkan berdasarkan uji coba dan kesimpulannya rentang

tersebutlah yang paling baik.

21.31. Why does the temperature in cutting depend on the cutting speed, feed, and depth of

cut? Explain in terms of the relevant process variables.

Mengacu pada Eq. (21.19a) pada halaman 572. Saat kecepatan pemotongan bertambah, terjadi

lebih sedikit waktu untuk panas yang dihasilkan terdisipasi, sehingga mengakibatkan suhu

bertambah. Saat pakan / feed bertambah seperti saat proses turning atau saat kedalaman

pemotongan seperti pada proses pemotongan orthogonal, chip yang dihasilkan akan lebih besar.

Dengan ketebalan-ke-area permukaan chip yang lebih besar, terdapat lebih sedikit kesempatan

untuk panas terdisipasi, yang sekaligus menyebabkan suhu bertambah pula.

21.38. Can high-speed machining be performed without the use of a cutting fluid?

Ya, high-speed machining dapat dilakukan tanpa cairan pemotongan. Tujuan utama dari cairan

pemotongan untuk melumasi dan untuk menghilangkan panas, biasanya dilakukan dengan

membanjiri alat dan benda kerja dengan cairan. Dalam high-speed machining, sebagian besar

panas dibawa dari zona cutting melalui chip, sehingga kebutuhan cairan pemotongan berkurang.

Chapter 22

22.1 What are the major properties required of cutting-tool materials? Why?

Hardness : pahat harus mempunyai hardness yang lebih tinggi dibandingkan benda kerja

Toughness : pahat harus mempunyai toughness yang baik untuk mencegah terjadinya

fracture pada saat pemotongan

Wear resistance : pahat harus mempunyai wear resistance yang tinggi untuk

meningkatkan tool life

22.2 What is the composition of a typical carbide tool?

Terdapat dua jenis karbit yakni tungsten karbit dan titanium karbit. Dimana pada karbit tungsten

tipikal terdiri dari partikel-partikel tungsten karbit dan matrix kobalt. Pada karbit titanium terdiri

dari matirx nickel-molbdenum

22.5. Explain the applications and limitations of ceramic tools.

Keramik mempunyai kekuatan kompresi yang tinggi dan juga tahan pada temperatur tinggi yang

bisa mencapai 1100C. Keramik mempunyai konduktivitas panas yang rendah sehingga

memungkinkan pahat beroperasi pada kecepatan potong tinggi dan mengambil pemotongan yang

dalam. Namun sayangnya material ini agak rapuh sehingga fracture resistancenya rendah.

22.9. Describe the advantages and limitations of (a) singlecrystal and (b) polycrystalline

diamond tools.

Polycrystal diamond adalah gabungan dari partikel berlian disinter bersama-sama dengan

pengikat logam. Diamond adalah yang material yang paling keras, sehingga menjadi bahan yang

tahan abrasi, friksi rendah, ketahanan aus tinggi dan durability yang baik sebagai alat pemotong.

PCD memiliki kelemahan terhadap stabilitas kimia pada suhu tinggi dan mudah larut dalam

besi.

Berbeda dengan single crystal yang dibuat dari 1 kristal saja. Material dengan 1 kristal berarti

memiliki orientasi kristal yang sama dan itu berarti memliki sifat mekanik dan termal yang lebih

superior daripada diamond dari banyak kristal. Kelemahannya adalah proses pembuatannya yang

sangat sulit dan memakan waktu.

22.11. Explain the difference between M-series and T-series high-speed steels.

Ada dua jenis dasar dari high-speed steels, yaitu molybdenum (M-series) dan tungsten (T-series).

Baja M-series mengandung 10% Mo dengan Cr, V, W, dan Co sebagai elemen paduan.

Sedangkan, baja T-series mengandung 12 hingga 18% W dengan Cr, V, dan Co sebagai elemen

paduan. Karbida yang terbentuk pada baja-baja ini mencapai 10 hingga 20% dari total volume.

Baja M-series secara umum memiliki daya tahan terhadap abrasi yang lebih baik dari baja T-

series, mengalami lebih sedikit distorsi saat perlakuan panas, dan lebih murah. Maka dari itu,

95% dari seluruh high-speed steels dibuat dari baja M-series.

22.12. Explain the significance of rapid tooling in manufacturing?

The high cost of labor and short supply of skilled pattern makers can be overcome

There is a major reduction in lead time

Hollow designs can be adopted easily so that lightweight castings can beproduced more

easily

The integral use of CAD technologies allows the use of modular dies with base ‐ mold

tooling (match plates) and specially fabricated inserts. This modular technique can further

reduce tooling costs

22.15. Make a list of the alloying elements used in highspeed steels. Explain what their

functions are and why they are so effective in cutting tools.

Elemen campuran high-speed steel adalah kromium, vanadium, tungsten dan tembaga. Elemen-

elemen ini meningkatkan kekuatan dan kekerasan pada temperatur tertentu. Kromium

meningkatkan toughness, hardenability, tahan terhadap keusangan dan korosi, serta tahan

terhadap temperatur tinggi. Kromium juga meningkatkan ketahanan terhadap penetrasi dari heat

treatment dengan menaikkan karburisasi. Vanadium meningkatkan kekuatan, toughness,

ketahanan abrasi dan hardness pada temperatur tertentu. Vanadium mencegah munculnya grain

saat heat treatment. Tembaga meningkatkan strength dan hardness pada temperatur tertentu,

sedangkan tungsten memiliki efek yang sama dengan tembaga. Campuran-campuran ini efektif

untuk alat pemotong karena mereka memiliki semua yang dibutuhkan high-speed steels: bisa

dikeraskan untuk berbagai kedalaman, memiliki ketahanan keusangan yang baik dan relatif tidak

mahal.

22.21. Describe the trends you observe in Table 22.2.

Tabel diatas menunjukan bagaimana karkateristik material ketika digunakan sebagai alat potong.

Dapat dilihat karakteristik-karakteristik diatas sebenarnya dipengaruhi oleh mechanical

properties yang dimiliki oleh masing-masing material tersebut. Selain itu dapat dilihat juga untuk

setiap material yang digunakan sebagai alat potong memiliki kekurangan dan kelebihannya

masing-masing. Sebagai contoh, berlian memiliki wear resistance yang paling tinggi namun juga

yang paling mahal, sedangkan high speed steel murah namun wear resistancenya tergolong

kurang.

22.22 Why are chemical stability and inertness important in cutting tools?

Stabilitas kimiawi dan inersitas alat potong itu penting demi menjaga rendahnya gesekan dan

tingkat keausan. Salah satu penyebab gesekan adalah tegangan geser yang diperlukan untuk

merusak microwelds dalam hubungan antara alat potong dan material kerja.

22.37. Obtain data on the thermal properties of various commonly used cutting fluids.

Identify those which are basically effective coolants (such as water-based fluids) and those

which are basically effective lubricants (such as oils).

Pada cutting process, dibutuhkan cutting fluid yang berperan sebagai coolant (pendingin) dan

lubricant (reduksi gesekan). Hal ini dibutuhkan agar proses pemesinan dapat berjalan dengan

optimal. Dari beberapa jenis fluida cair, air adalah fluida coolant yang paling efektif. Hal ini

disebabkan thermal conductivity yang relatif tinggi dibanding cairan lain, sehingga sangat efektif

dalam menyerap kalor yang terdapat pada mesin. Akan tetapi, air kurang tepat jika digunakan

sebagai lubricating fluids, sebab viskositasnya yang rendah. Hal lain adalah properti kimia yang

dimiliki oleh air sangat memungkinkan menyebabkan terjadinya korosi pada mesin. Oleh sebab

itu, pada umumnya proses pemesinan ini menggunakan emulsi low-molecular weight oils yang

tersuspensi pada air yang cocok sebagai lubricating fluids.

Chapter 23

23.2. Describe the operations that can be performed on a drill press.

Drill pres biasanya digunakan untuk membuat lubang atau memperbesar diameter lubang dan

juga dapat digunakan untuk melakukan operasi lain seperti pengeboran untuk tirus pada bagian

suatu lubang atau pembenanman.

23.7. How is drill life determined?

Drill life usually is measured by the number of holes drilled before they become dull and need to

be re worked or replaced. This can be determined experimentally by clamping a block of

material on a suitable dynamometer or force transducer and drilling a number of holes while

recording the torque or thrust force during each successive operation. After a number of holes

have been drilled, the torque and force begin to increase because the tool is becoming dull. Drill

life is defined as the number of holes drilled until this transition begins. Other techniques, such

as monitoring vibration and acoustic emissions also may be used to determine drill life.

23.12 What is the difference between a blind hole and a through hole? What is the

significance of that difference?

Through holes are preferred over blind holes. If holes with large diameters are

required, the workpiece should have a preexisting hole, preferably made during

fabrication of the part (such as by casting, powder metallurgy, or forming).

Blind holes must be drilled deeper than subsequent reaming or tapping operations

that may be performed.

23.15 List and explain the factors that contribute to poor surface finish in the processes

described in this chapter.

.

23.20. Does the force or torque in drilling change as the hole depth increases? Explain.

Gaya dan torsi dapat meningkat karena lubang kedalaman meningkat, tetapi tidak signifikan.

Faktor-faktor yang akan meningkatkan kekuatan dan torsi yang bidang kontak antara alat dan

permukaan silinder lubang dan kesulitan dalam menghilangkan chip dari bawah lubang yang

dalam dan kemungkinan penyumbatan. Kecuali kedalaman lubang yang sangat dalam, ini

biasanya dianggap tidak penting dan kekuatan dan torsi dapat diambil sebagai konstan.

23.34. Calculate the same quantities as in Example 23.1 for high-strength titanium alloy and at N

= 700 rpm.

Kecepatan potong maks.

v=700× π ×12.51000

=27.5m /menit

Kecepatan potong pada diameter yang dikerjakan :

v=700 × π ×121000

=26.4 m /menit

Kedalaman potong sebesar 0.25 mm. feed ratenya :

f =100700

=0.29 mm/rev

Metal removal rate :

MRR = 3.14.(12.25)(0.25)(0.29)(700) = 1953 mm3/min

Waktu yang dibutuhkan :

t= 1500.29× 700

=0.74 menit

Unit power titanium alloy = 5 Ws/mm3

Power=5 × 195360

=163W =9780 Nmmenit

Nilai torsinya :

τ= 9780700 × 2× π

=2.2 Nm

Maka, nilai cutting force nya :

F c=2.2×100012.25/2

=360 N

23.36 A high-strength cast-iron bar 200 mm in diameter is being turned on a lathe at a

depth of cut d = 1.25 mm. The lathe is equipped with a 12-kW electric motor and has a

mechanical efficiency of 80%. The spindle speed is 500 rpm. Estimate the maximum feed

that can be used before the lathe begins to stall?

Diketahui:

Da (cast iron) = 198.75 mm

BHP = (12)(0.8) = 9.6 kW

Cast iron specific power (table 21.2) = 1.1 W.s/mm3 hingga 5.4 W.s/mm3

Pavg = 3.3 W.s/mm3

Maka, maximum metal removal rate:

MRR=( 9.6 ) (1000 )W

3.3 Wsmm3

=2909 m m3

s

Mengikuti persamaan 23.1a

MRR=πDa df N

Maka maximum feed nya adalah

f = MRRπDa d N

=(2909)(60)

π (198.75)(1.25)(500)=0.45 mm/ℜ

Chapter 24

24.1 Explain why milling is such a versatile machining operation!

Karena selain mampu memesin permukaan datar maupun berlekuk dengan penyelesaian dan

ketelitian istimewa, juga berguna untuk menghaluskan atau meratakan benda kerja sesuai dengan

dimensi yang dikehendaki. Mesin milling juga bisa menghilangkan bagian-bagian yang

diinginkan dengan kedalaman tertentu, selain itu mesin ini juga mempunyai gerak yang

bervariasi yang memungkinkan pemotongan dalam segala arah.

24.4 Describe the geometric features of a broach and explain their functions.

Broach berbentuk seperti gergaji, namun ketinggian gigi meningkat seiring dengan

memanjangnya alat. Broach terdiri atas tiga bagian yang berbeda: satu untuk memakan, yang

kedua untuk semi-finishing, dan bagian akhir untuk menyelesaikan proses broaching.

Karakteristik yang paling penting dari broach adalah kenaikan per gigi (RPT), yang adalah

berapa banyak material yang dihapus oleh masing-masing gigi. RPT bervariasi untuk setiap

bagian dari broach, yang merupakan bagian pemakan yang memiliki chip breaker (tr), bagian

semi-finishing (ts), dan finishing bagian (tf). Gigi pemakan menghapus sebagian besar materi,

sehingga jumlah gigi berubah seiring dengan bertambahnya waktu broaching. Gigi semi-

finishing menghasilkan permukaan akhir dan gigi akhir menyelesaikan memberikan finishing

akhir. Bagian akhir RPT (tf) biasanya nol sehingga ketika gigi finishing pertama aus, gigi akhir

selanjutnya yang kemudian melanjutkan fungsi sizing.

24.9. Why is it difficult to saw thin sheet metals?

Karena sheet metals mempunyai ketebalan yang sangat kecil, sehingga dapat terjadi

pembengkokan apabila digergaji. Untuk memotong plat dapat menggunakan pisau potong atau

dengan mesin potong.

24.11. Why is end milling such an important versatile process? Explain with examples.

Karena kemampuan kepersisian rasio panjang-ke-diameter yang relatif tinggi dari end milling

yang mampu menghapus materi dari relung kecil dan jauh pada benda kerja. Contohnya

aerospace komponen.

24.17. What similarities and differences are there in slitting with a milling cutter and with a

saw?

Milling machine, atau milling cutter menggunakan rotating cutter atau pisau berputar yang

bergerigi saat operasi slitting, dan mampu memotong material dengan lebar potongan yang

kecil. Karena sifat dari rotating cutter itu rigid serta dengan dikontrol dengan baik, maka akan

diperoleh ketepatan dimensional yang baik pula. Untuk penggunaan gergaji, blade yang

digunakan lebih tipis sehingga memungkinkan pemotongan tipis atau lebar potongan yang kecil.

Namun, blade gergaji bersifat lebih fleksibel, karena selain tipis, blade gergaji juga panjang. Hal

ini menyebabkan pengontrolan dimensi bisa menjadi sulit.

24.21. Comment on your observations concerning the designs illustrated in Fig. 24.20b and

on the usefulness of broaching operations.

The usefulness of broaching lies not only in the complexity of parts which can be economically

produced, but also in the high surface quality. These parts would be relatively difficult to

produce economically and at high rates by other machining processes.

24.25. With appropriate sketches, explain the differences between and similarities among

shaving, broaching, and turn-broaching operations.

Shaving

Broaching

Turn Broaching

Shaving merupakan proses finishing pada pembuatan gir, proses ini bertujuan untuk memperoleh

akurasi dimensi yang baik dan juga permukaan yang lebih baik. Broaching adalah proses

pembentukan pada pembuatan gir, dimana bertujuan untuk memperbesar lubang pada yang

linear. Turn broaching tidak jauh berbeda dengan broaching hanya saja pada turn broaching

proses pembesaran lubang terjadi secara rotari bukan secara linear.

24.30. Show that the distance lc in slab milling is approximately equal to √ Dd for situations

where D >> d. (See Fig. 24.3¢.)

Mengacu pada angka bawah, sisi miring dari segitiga kanan pada angka di sebelah kanan

ditugaskan nilai x, dan kira-kira sama dengan Dθ. Juga, dari segitiga siku-siku, θ = d / x.

Menggantikan θ, kita mendapatkan x2 = Dd. Dari Pythagoras Teorema l2c + d2 = x2 Sejak d

diasumsikan pertama, istilah kuadrat dapat diabaikan. Dengan demikian , l c = x =√D

24.32. Calculate the chip depth of cut, tc, and the torque in Example 24.1.

`

24.36. Assume that in the face-milling operation shown in Fig. 24.4 the workpiece

dimensions are 100 mm by 250 mm. The cutter is 150 mm in diameter, has eight teeth and

rotates at 300 rpm. The depth of cut is 3 mm and the feed is 0.125 mm/tooth. Assume that

the specific energy requirement for this material is 5W - s/mm3 and that only 75% of the

cutter diameter is engaged during cutting. Calculate (a) the power required and (b) the

material-removal rate.

From the information given, we note that the material removal rate is

MRR = (0.125 mm/tooth)(8 teeth/rev)(300 rev/min)(3 mm)(0.75)(100 mm)

or MRR = 67,500 mm3 . Since the specific energy of material removal is given as 5 W-s/mm3,

we have

power=67500 mm3

min ( min60 s ) 5 W−s

mm3

=5.6 KW